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L'équipe SIX cherche à éclaircir les mécanismes moléculaires permettant l’adaptation de bactéries phytopathogènes à leurs hôtes avec pour objectif à long terme de proposer des stratégies de lutte contre les maladies des plantes.
Notre travail est focalisé sur la bactéries phytopathogènes Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), l’agent responsable de la pourriture noire des Brassicaceae. Cette bactérie infecte des plantes d’intérêt agronomique telles que le chou, le brocoli ou le chou-fleur ainsi que la plante modèle Arabidopsis thaliana.
Xcc appartient à un genre qui comprend 27 espèces qui toutes ensembles affectent plus de 400 espèces de plantes hôtes. Les génomes de plusieurs centaines de souches de Xanthomonas affectant des plantes d’intérêt agronomiques telles que le riz, le citronnier, le bananier, la tomate et le haricots sont séquencés et disponibles, rendant ce genre bactérien intéressant pour les études de génomique comparative.
Nous centrons nos travaux sur trois processus majeurs contrôlant l’interaction avec la plante :
Les étapes précoces d’entrée naturelle dans les tissus de la plante via les hydathodes
Les Effecteurs de Type 3 (ET3) qui sont des protéines bactériennes injectées dans les cellules de la plante par les Système de Sécrétion de Type 3 (SST3). Les ET3 manipulent la physiologie de la plante hôte à la fois pour supprimer l’immunité ou pour modifier la physiologie de la plante.
Les processus physiologiques et de régulation permettant l’adaptation de Xcc à l’environnement “plante”.
Pour mener à bien ces travaux, nous combinons plusieurs approches allant de la biologie moléculaire, à la génétique, la biochimie, la transcriptomique ou la génomique.
(A) Symptômes sur feuille de chou 16 jours après infection par les hydathodes avec Xcc. (B) Empreinte sur milieu riche de la face inférieure de feuille de chou montrant la communauté microbienne 10 jours après trempage avec Xcc. Les colonies de Xcc sont présentes à la marge des feuilles. (C) Visualisation par microscopie confocale de Xcc marquée à la GFP (en vert) à la surface de feuilles de chou.
Contact: Laurent NOEL
THÈMES DE RECHERCHE
Xcc et les hydathodes des plantes : étudier les règles d’une première rencontre
Les Xcc épiphytes entrent dans les feuilles via les hydathodes. Ces organes sont des pores aqueux présents à la marge des feuilles par lesquels la sève de xylème exude en conditions de forte humidité et de faible transpiration. Nous nous intéressons à l’anatomie et à la physiologie de cet organe très mal connu qui permet un accès direct aux vaisseaux du xylème. Nous souhaitons caractériser la structure et l’organisation tissulaire des hydathodes de plusieurs Brassicacées ainsi qu'identifier les gènes de l’immunité végétale contrôlant l’infection au niveau des hydathodes. Ce projet permettra de mieux comprendre le dialogue moléculaire entre la plante et les pathogènes vasculaires durant l’infection. Ce projet est réalisé en collaboration avec la plateforme de microscopie de la FR3450 (Toulouse, France).
Les hydathodes d’Arabidopsis sont les points d’entrée majeurs pour Xcc. (A) Visualisation de Xcc marquée avec le gène GUS (en bleu) 10 jours après infection par les hydathodes. (B) Gouttes de guttation sur la face inférieure d’une feuille d’Arabidopsis. (C) Hydathode observé par microscopie électronique à balayage. (D) Etapes précoces d’infection d’un hydathode par Xcc-GUS (en bleu) avant l’étape de vascularisation.
Les Effecteurs de Type 3 de Xanthomonas campestris
Nous avons étudié la conservation et la distribution des ET3 chez différentes souches de Xanthomonas campestris pour lesquels les génomes sont disponibles. De façon intéressante, nous avons montré que les effecteurs TALE (Transcription-Activator-Like Effectors) sont présents chez au moins une souche de Xcc.
Les mécanismes de reconnaissance de AvrAC par le système immunitaire de la plante ayant été élucidés, nous recherchons maintenant les cibles végétales des 30 autres effecteurs de Xcc par cribles génétiques directs ou inverses et par des approches de biochimie (par exemple projet ANR CROpTAL).
Mécanismes de reconnaissance de AvrAC et HopZ1a par le système immunitaire d’Arabidopsis
Contact: Laurent Noël
Adaptation de Xanthomonas à l’environnement “plante”
La manière dont les bactéries s’adaptent et se comportent sur/dans les tissus végétaux a été peu étudiée jusqu’à présent et seuls les déterminants majeurs du pouvoir pathogène ont été identifiés. Nous souhaitons caractériser le microbiome foliaire et l’impact de l’infection par Xcc sur sa composition.
Nous voulons également capter les co-transcriptomes végétaux et bactériens au cours du processus infectieux. Enfin et surtout, nous allons utiliser un screen in planta pour identifier les gènes qui contribuent au fitness bactérien pendant le cycle de vie de Xcc dans les différents compartiments de la plante (Collaboration J. Lewis, UC Berkeley, CA). Dans ce but, nous développons une stratégie de mutagenèse par transposons étiquetés.
En parallèle, nous utilisons également la génétique directe et la biologie synthétique pour étudier la fonction de familles multigéniques telles que les Transporteurs TonB-dépendants (TBDTs). Les TBDTs sont des transporteurs de la membrane externe impliquées dans le transport actif et sélectif de nutriments présents à l’état de trace tels que les métaux, les vitamines ou les carbohydrates. Chez Xcc, certains TBDTs appartiennent à des systèmes CUT (Cabohydrate Utilization systems with TBDTs) impliqués dans l’exploitation de carbohydrates tels que le xylane, la pectine, les glycanes, le sucrose ou d’autres macromolécules.
L’expansion des gènes codant des TBDTs chez Xcc reflète le potentiel adaptatif de ces systèmes et la contribution de certains d’entre eux au fitness in planta a été montrée.
(A) Empreinte d'une feuille de chou montrant les micro-organismes cultivables. (B) Modèle 3D d'un TBDT de Xcc.
Contacts: Emmanuelle Lauber and Alice Boulanger
Analyse génomique des stratégies bactériennes utilisées pour vivre en association avec les plantes: Xcc et au-delà
Le nombre de génomes de Xcc séquencés a augmenté de manière exponentielle ces dernières années pour atteindre plusieurs centaines. En janvier 2016, on comptait 13 génomes publiés de X. campestris, 8 d’entre eux provenant de notre groupe. Pour réaliser des études de génétique d’association et de génomique comparative, notre groupe a séquencé 30 souches supplémentaires de Xanthomonas campestris, collectées de différentes plantes hôtes dans différentes régions du monde.
Ce travail a été effectué en collaboration avec la plateforme Bioinformatique du LIPM et Anne Genissel (INRA Versailles, France). L’analyse comparative de familles de gènes impliqués dans la pathogénie et/ou dans l’adaptation à la plante tels que les TBDTs constitue un moyen de mettre en évidence les points communs et les spécificités des bactéries associées aux plantes, vivant sur des débris végétaux, dans des environnements aquatiques ou dans le système digestif humain ou d’animaux.
La séquence complète de génomes de Xcc peuvent être obtenus par séquençage PacBio
Contact: Matthieu Arlat
Collaborations
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Adam Bogdanove, Cornell University, NY
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Jian-Min Zhou, Beijing, China
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Jennifer Lewis, UC Berkeley, CA.
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Anne Genissel, INRA Versailles, France
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Richard Berthomé, Laurent Deslandes and Fabrice Roux, LIPM Toulouse, France
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Boris Szurek & Ralf Koebnik, IRD Montpellier, France
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Matthieu Barret, Nicolas Chen and Marie-Agnès Jacques, INRA Angers, France
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Lionel Gagnevin and Olivier Pruvost, CIRAD La Réunion, France
Financements en cours
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Research networks INRA SPE Department: FNX = French Network on Xanthomonads. M-A Jacques, R. Koebnik, O. Pruvost and L. Noël, coordinators, 5 k€/year.
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ANR generique PAPTiCROPs (2016-2020) ANR-16-CE21-0005, Aptamer-based peptide interference with type III effectors for broad-spectrum and durable resistance of crop plants. R. Koebnik (IRD, Montpellier) coordinator, L. Noël (INRA, Toulouse), N. Peeters (INRA, Toulouse), JC Rain (Hybrigenics) and A. Kajava (CNRS Montpellier). 543k€ (110k€ for our group).
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ANR NEPHRON (2018-2023) ANR-18-CE20-0020, Genetic and molecular dissection of hydathode and vascular immunity in plants. L. Noël (INRA, Toulouse) coordinator, N. Leonhardt (CEA Cadarache), P. Laufs (INRA Versailles) and L. Navarro (CNRS ENS Paris). 760k€ (289k€ for our group)
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ANR young investigator XBOX (2019-2024) ANR-19-CE20-XXX, the making of a pathogen: How Xanthomonas adapts to plant environments. A. Boulanger, 253k€.
PUBLICATIONS
2023
Talbi, N., Fokkens, L., Audran, C., Petit-Houdenot, Y., Pouzet, C., Blaise, F., Gay, E. J., Rouxel, T., Balesdent, M.-H., Rep, M., & Fudal, I. (2023). The neighbouring genes AvrLm10A and AvrLm10B are part of a large multigene family of cooperating effector genes conserved in Dothideomycetes and Sordariomycetes. Molecular Plant Pathology. https://doi.org/10.1111/mpp.13338
Zárate-Chaves, C. A., Audran, C., Medina Culma, C. A., Escalon, A., Javegny, S., Gagnevin, L., Thomas, E., Pimparé, L.-L., López, C. E., Jacobs, J. M., Noël, L. D., Koebnik, R., Bernal, A. J., & Szurek, B. (2023). CRISPRi in Xanthomonas demonstrates functional convergence of transcription activator-like effectors in two divergent pathogens. The New Phytologist, 238(4), 1593‑1604. https://doi.org/10.1111/nph.18808
2022
You, Y., Koczyk, G., Nuc, M., Morbitzer, R., Holmes, D. R., von Roepenack-Lahaye, E., Hou, S., Giudicatti, A., Gris, C., Manavella, P. A., Noël, L. D., Krajewski, P., & Lahaye, T. (2022). The eINTACT system dissects bacterial exploitation of plant osmosignalling to enhance virulence. Nature Plants, 1‑14. https://doi.org/10.1038/s41477-022-01302-y
Luneau, J. S., Baudin, M., Quiroz Monnens, T., Carrère, S., Bouchez, O., Jardinaud, M.-F., Gris, C., François, J., Ray, J., Torralba, B., Arlat, M., Lewis, J. D., Lauber, E., Deutschbauer, A. M., Noël, L. D., & Boulanger, A. (2022). Genome-wide identification of fitness determinants in the Xanthomonas campestris bacterial pathogen during early stages of plant infection. The New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.18313
Bellenot, Caroline, Jean-Marc Routaboul, Patrick Laufs, et Laurent D. Noël. « Hydathodes ». Current Biology 32, no 14 (25 juillet 2022): R763‑64. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.06.014.
Bellenot, C., Carrère, S., Gris, C., Noël, L. D., & Arlat, M. (2022). Genome Sequences of 17 Strains from Eight Races of Xanthomonas campestris pv. Campestris. Microbiology Resource Announcements, 11(7), e0027922. https://doi.org/10.1128/mra.00279-22
Luneau, J. S., Noël, L. D., Lauber, E., & Boulanger, A. (2022). A β-glucuronidase (GUS) Based Bacterial Competition Assay to Assess Fine Differencesin Fitness during Plant Infection. Bio-protocol, 12(13), e3776. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.3776
Dubrow, Zoe, Sara Carpenter, Morgan E. Carter, Ayress Grinage, Carine Gris, Emmanuelle Lauber, Jules Butchacas, et al. « Cruciferous Weed Isolates of Xanthomonas Campestris Yield Insight into Pathovar Genomic Relationships and Genetic Determinants of Host- and Tissue-Specificity ». Molecular Plant-Microbe Interactions: MPMI, 10 mai 2022. https://doi.org/10.1094/MPMI-01-22-0024-R.
Luneau, Julien S., Aude Cerutti, Brice Roux, Sébastien Carrère, Marie-Françoise Jardinaud, Antoine Gaillac, Carine Gris, et al. « Xanthomonas Transcriptome inside Cauliflower Hydathodes Reveals Bacterial Virulence Strategies and Physiological Adaptations at Early Infection Stages ». Molecular Plant Pathology 23, no 2 (février 2022): 159‑74. https://doi.org/10.1111/mpp.13117.
2021
Zhu, Xiaoyang, Julie Mazard, Eugénie Robe, Sarah Pignoly, Marielle Aguilar, Hélène San Clemente, Emmanuelle Lauber, Richard Berthomé, et Jean-Philippe Galaud. « The Same against Many: AtCML8, a Ca2+ Sensor Acting as a Positive Regulator of Defense Responses against Several Plant Pathogens ». International Journal of Molecular Sciences 22, no 19 (28 septembre 2021): 10469. https://doi.org/10.3390/ijms221910469.
2020
Jauneau, Alain, Aude Cerutti, Marie-Christine Auriac, et Laurent D. Noël. « Anatomy of Leaf Apical Hydathodes in Four Monocotyledon Plants of Economic and Academic Relevance ». PloS One 15, no 9 (2020): e0232566. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0232566.
González-Fuente, Manuel, Sébastien Carrère, Dario Monachello, Benjamin G. Marsella, Anne-Claire Cazalé, Claudine Zischek, Raka M. Mitra, et al. « EffectorK, a Comprehensive Resource to Mine for Ralstonia, Xanthomonas, and Other Published Effector Interactors in the Arabidopsis Proteome ». Molecular Plant Pathology 21, no 10 (octobre 2020): 1257‑70. https://doi.org/10.1111/mpp.12965.
Gluck-Thaler, Emile, Aude Cerutti, Alvaro L. Perez-Quintero, Jules Butchacas, Verónica Roman-Reyna, Vishnu Narayanan Madhavan, Deepak Shantharaj, et al. « Repeated Gain and Loss of a Single Gene Modulates the Evolution of Vascular Plant Pathogen Lifestyles ». Science Advances 6, no 46 (novembre 2020): eabc4516. https://doi.org/10.1126/sciadv.abc4516.
Arroyo-Velez, Noe, Manuel González-Fuente, Nemo Peeters, Emmanuelle Lauber, et Laurent D. Noël. « From Effectors to Effectomes: Are Functional Studies of Individual Effectors Enough to Decipher Plant Pathogen Infectious Strategies? » PLoS Pathogens 16, no 12 (décembre 2020): e1009059. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009059.
2019
Cerutti, Aude, Alain Jauneau, Patrick Laufs, Nathalie Leonhardt, Martin H. Schattat, Richard Berthomé, Jean-Marc Routaboul, et Laurent D. Noël. « Mangroves in the Leaves: Anatomy, Physiology, and Immunity of Epithemal Hydathodes ». Annual Review of Phytopathology 57 (25 août 2019): 91‑116. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-082718-100228.
2018
Denancé, Nicolas, Boris Szurek, Erin L. Doyle, Emmanuelle Lauber, Lisa Fontaine-Bodin, Sébastien Carrère, Endrick Guy, et al. « Two Ancestral Genes Shaped the Xanthomonas Campestris TAL Effector Gene Repertoire ». The New Phytologist 219, no 1 (juillet 2018): 391‑407. https://doi.org/10.1111/nph.15148.
2017
Cerutti, Aude, Marie-Christine Auriac, Laurent D. Noël, et Alain Jauneau. « Histochemical Preparations to Depict the Structure of Cauliflower Leaf Hydathodes ». Bio-Protocol 7, no 20 (20 octobre 2017): e2452. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.2452.
Cerutti, Aude, et Alain Jauneau. « Capturing Z-Stacked Confocal Images of Living Bacteria Entering Hydathode Pores of Cauliflower ». Bio-Protocol 7, no 20 (20 octobre 2017): e2451. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.2451.
Cerutti, Aude, Alain Jauneau, Marie-Christine Auriac, Emmanuelle Lauber, Yves Martinez, Serge Chiarenza, Nathalie Leonhardt, Richard Berthomé, et Laurent D. Noël. « Immunity at Cauliflower Hydathodes Controls Systemic Infection by Xanthomonas Campestris Pv Campestris ». Plant Physiology 174, no 2 (juin 2017): 700‑716. https://doi.org/10.1104/pp.16.01852.
2016
Boulanger, Alice, et Laurent D. Noël. « Xanthomonas Whole Genome Sequencing: Phylogenetics, Host Specificity and Beyond ». Frontiers in Microbiology 7 (2016): 1100. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01100.
Denancé, Nicolas, Thomas Lahaye, et Laurent D. Noël. « Editorial: Genomics and Effectomics of the Crop Killer Xanthomonas ». Frontiers in Plant Science 7 (2016): 71. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00071.
Jacques, Marie-Agnès, Matthieu Arlat, Alice Boulanger, Tristan Boureau, Sébastien Carrère, Sophie Cesbron, Nicolas W. G. Chen, et al. « Using Ecology, Physiology, and Genomics to Understand Host Specificity in Xanthomonas ». Annual Review of Phytopathology 54 (4 août 2016): 163‑87. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-080615-100147.
Robène, I., S. Bolot, O. Pruvost, M. Arlat, L. D. Noël, S. Carrère, M.-A. Jacques, R. Koebnik, et L. Gagnevin. « High-Quality Draft Genome Sequences of Two Xanthomonas Pathotype Strains Infecting Aroid Plants ». Genome Announcements 4, no 5 (1 septembre 2016): e00902-16. https://doi.org/10.1128/genomeA.00902-16.
2015
Bolot, Stéphanie, Aude Cerutti, Sébastien Carrère, Matthieu Arlat, Marion Fischer-Le Saux, Perrine Portier, Stéphane Poussier, Marie-Agnes Jacques, et Laurent D. Noël. « Genome Sequences of the Race 1 and Race 4 Xanthomonas Campestris Pv. Campestris Strains CFBP 1869 and CFBP 5817 ». Genome Announcements 3, no 5 (17 septembre 2015): e01023-15. https://doi.org/10.1128/genomeA.01023-15.
Pesce, Céline, Stéphanie Bolot, Edwige Berthelot, Claude Bragard, Sébastien Cunnac, Marion Fischer-Le Saux, Perrine Portier, et al. « Draft Genome Sequence of Xanthomonas Translucens Pv. Graminis Pathotype Strain CFBP 2053 ». Genome Announcements 3, no 5 (8 octobre 2015): e01174-15. https://doi.org/10.1128/genomeA.01174-15.
Pesce, Céline, Stéphanie Bolot, Sébastien Cunnac, Perrine Portier, Marion Fischer-Le Saux, Marie-Agnès Jacques, Lionel Gagnevin, et al. « High-Quality Draft Genome Sequence of the Xanthomonas Translucens Pv. Cerealis Pathotype Strain CFBP 2541 ». Genome Announcements 3, no 1 (12 février 2015): e01574-14. https://doi.org/10.1128/genomeA.01574-14.
Roux, Brice, Stéphanie Bolot, Endrick Guy, Nicolas Denancé, Martine Lautier, Marie-Françoise Jardinaud, Marion Fischer-Le Saux, et al. « Genomics and Transcriptomics of Xanthomonas Campestris Species Challenge the Concept of Core Type III Effectome ». BMC Genomics 16 (18 novembre 2015): 975. https://doi.org/10.1186/s12864-015-2190-0.
Wang, Guoxun, Brice Roux, Feng Feng, Endrick Guy, Lin Li, Nannan Li, Xiaojuan Zhang, et al. « The Decoy Substrate of a Pathogen Effector and a Pseudokinase Specify Pathogen-Induced Modified-Self Recognition and Immunity in Plants ». Cell Host & Microbe 18, no 3 (9 septembre 2015): 285‑95. https://doi.org/10.1016/j.chom.2015.08.004.